低成本緊湊型熒光燈鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)

　　由于功率電平較低，集成緊湊型熒光燈（CFL）鎮(zhèn)流器通常不需要進(jìn)行功率因數(shù)校正（PFC）。然而，隨著這款具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品的市場(chǎng)需求日益旺盛，在不久的將來(lái)，功率因數(shù)校正將很有可能成為一項(xiàng)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。有源PFC電路要求采用附加的控制集成電路、電感、二極管和高壓MOSFET.無(wú)源PFC電路成本較低，但會(huì)增加燈電流波峰因數(shù)，從而縮短燈的使用壽命。本文所述設(shè)計(jì)采用了一個(gè)簡(jiǎn)單的控制電路來(lái)改良無(wú)源PFC電路，可以在實(shí)現(xiàn)較高功率因數(shù)的同時(shí)，將燈電流波峰因數(shù)降至可接受的水平。

　　圖1所示為建議的緊湊型熒光燈鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)示意圖。該鎮(zhèn)流器包含一個(gè)具備EMI濾波器的交流輸入級(jí)，一個(gè)無(wú)源PFC級(jí)，一個(gè)采用國(guó)際整流器公司IR2520D自適應(yīng)鎮(zhèn)流器控制IC的鎮(zhèn)流器控制級(jí)，一個(gè)半橋逆變器和諧振輸出級(jí)。相比于現(xiàn)有的CFL電路，這個(gè)設(shè)計(jì)的改進(jìn)之處在于用填谷式無(wú)源PFC電路和燈電流波峰因數(shù)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)、較低的總諧波失真（THD）和可接受的燈電流波峰因數(shù)。

圖1：采用IR2520D的電子CFL鎮(zhèn)流器電路。上：直流總線（黃色）；中前：Iinput（紅色）；中后：ILAMP（綠色）；下：VLamp（藍(lán)色）。

　　填谷式無(wú)源PFC電路由CVF1-2、DVF1-3、RVF和CX組成（圖1）。在被整流交流輸入的每個(gè)半波期間，電容CVF1和CVF2經(jīng)由二極管DVF2和電阻RVF而被串聯(lián)充電至交流峰值電壓的1/2.RVF的作用是在對(duì)電容器進(jìn)行充電的過(guò)程中，降低電流波形的波峰。當(dāng)總線電壓隨正弦波波形下降至Vpeak/2之后，電容開(kāi)始提供輸出電流。此時(shí)，這兩個(gè)電容本質(zhì)上呈并聯(lián)狀態(tài)，并一直提供負(fù)載電流，直至被整流交流輸入在下一個(gè)半波期間再次超過(guò)Vpeak/2.電容CX的作用是濾除直流總線上出現(xiàn)的半橋逆變器開(kāi)關(guān)尖峰。這個(gè)填谷式無(wú)源PFC電路實(shí)現(xiàn)了良好的功率因數(shù)（》0.9）和較低的THD（《30%），但其主要缺點(diǎn)是，50%的直流母線紋波會(huì)導(dǎo)致很高的燈電流波峰因數(shù)，從而縮短燈的使用壽命。

　　除IR2520D之外，還有一個(gè)由RFMIN2-3、RBUS1-2和QFMIN構(gòu)成的控制電路，通過(guò)調(diào)制工作頻率來(lái)降低燈電流波峰因數(shù)。如果鎮(zhèn)流器工作頻率固定，那么，填谷式電路造成的50%直流總線紋波會(huì)產(chǎn)生很高的燈電流波峰因數(shù)，因?yàn)橹绷骺偩€電壓越高，諧振輸出級(jí)產(chǎn)生的燈電流也越高。由于IR2520D采用了具備外部可編程最小頻率的VCO，因此，半橋逆變器開(kāi)關(guān)頻率取決于VCO管腳上的電壓和連接至FMIN管腳的電阻的阻值（請(qǐng)參見(jiàn)http://www.irf.com網(wǎng)站提供的IR2520D數(shù)據(jù)表）。當(dāng)直流總線達(dá)到一定電壓時(shí)，與分壓器（由RBUS1和RBUS2構(gòu)成）相連的QFMIN的基極電壓將超過(guò)QFMIN的導(dǎo)通閾值，而使得QFMIN導(dǎo)通。此時(shí)，RFMIN1與串聯(lián)的RFMIN2和RFMIN3的并聯(lián)組合，構(gòu)成了FMIN管腳與GND之間的電阻。由于FMIN管腳上的電阻越低，則開(kāi)關(guān)頻率越高，因此，在接近直流總線峰值時(shí)的逆變器開(kāi)關(guān)頻率將高于其谷底時(shí)的逆變器開(kāi)關(guān)頻率。這樣，由ILAMP（pk）/ILAMP（avg）計(jì)算得到的波峰因數(shù)值將降低。RFMIN3是一個(gè)發(fā)射極負(fù)反饋電阻，可用于改善線性。如果沒(méi)有RFMIN3，當(dāng)QFMIN基極上的電壓達(dá)到閾值時(shí)，QFMIN將快速接通。這將導(dǎo)致工作頻率驟升，而造成燈電流波形失真。

　　總而言之，該設(shè)計(jì)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)高功率因數(shù)（0.96）、低THD（28.5%）和可接受的燈電流波峰因數(shù)（1.71）的低成本CFL鎮(zhèn)流器電路。相比之下，典型的CFL鎮(zhèn)流器則功率因數(shù)較低（0.56）、THD較高（128%），同時(shí)具有類似的波峰因數(shù)（1.71）。這種鎮(zhèn)流器不僅控制方法簡(jiǎn)單，元器件數(shù)量較少，而且此設(shè)計(jì)還滿足了鎮(zhèn)流器所必需的全部要求。